Dezentrale offshore Stromspeicherung im europäischen Kraftwerkspark. PowerTower. BuoyantEnergy. PowerRock

Robert KLAR, Valerie NEISCH, Markus AUFLEGER 15.02.2012 Dezentrale offshore Stromspeicherung im europäischen Kraftwerkspark buoyant-energy.com PowerTower BuoyantEnergy PowerRock

buoyant-energy.com MOTIVATION Was macht dezentrale offshore Stromspeicher interessant?

Ausbau der Windenergie Kumulative Anzahl der Windturbinen (1991 bis 2010) in der EU (onshore - linke Achse; offshore - rechte Achse)

Ausbau der Windenergie Prognostizierte Stromproduktion von onshore und offshore WEA gemäß den NREAPs (National Renewable Energy Action Plan)

Ausbau der Windenergie Prognostizierte Stromproduktion von onshore und offshore WEA in der EU (2000-2030)

Ausgleich: Strombedarf Stromproduktion DIE ZEIT 8.September 2011 74 Millionen kwh Ausfallarbeit

Ausgleich: Strombedarf Stromproduktion VDI Nachrichten, 28.Oktober 2011 Ausstieg aus der Kernkraft + fehlende Großspeicher Bedarf an neuen konventionellen Kraftwerken

Ausgleich: Strombedarf Stromproduktion Quelle: Aufleger, Markus (2008): Strom fließt Wasserkraft 2020, Bauingenieur, Band 83, Juli/August 2008

Ausgleich: Strombedarf Stromproduktion DIE ZEIT WISSEN April/Mai 2011 EIN SUPERNETZ wäre die Lösung - mit Norwegen als Batterie

HGÜ Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung 800 bis 1100 kv Spannung allein in Deutschland fehlen 3600 km Höchstspannungsleitungen geschätzte Kosten 10 Milliarden Euro (Deutschland) Quelle: Die Zeit Wissen, Mai 2011, Burkhard Straßmann

buoyant-energy.com Buoyant Energy Hydraulische Großenergiespeicher

Konzept Hydraulischer Energiespeicher Zusatzlasten Fluidreservoir Belüftung Turbinen-Pumpanordnung Niveaudifferenz

Konzept Hydraulischer Energiespeicher Volumenstrom im Turbinenbetrieb Niveaudifferenz

Konzept Hydraulischer Energiespeicher Volumenstrom im Pumpbetrieb Niveaudifferenz

Variante 1: Elastische Zugvorrichtungen Volumenstrom im Turbinenbetrieb Elastische Zugvorrichtung

Variante 1: Elastische Zugvorrichtungen

Variante 2: Zugvorrichtungen über umgelenkte Auftriebskörper Auftriebskörper Volumenstrom im Pumpbetrieb

Variante 2: Zugvorrichtungen über umgelenkte Auftriebskörper

Variante 3: Energieumwandlung in umgekehrter Richtung Auftriebskörper Volumenstrom im Turbinenbetrieb

Variante 3: Energieumwandlung in umgekehrter Richtung

Variante 3

Variante 4 gasförmiger Puffer Volumenstrom im Pumpbetrieb

Variante 4

buoyant-energy.com charakteristische Merkmale Eigenschaften der schwimmenden hydraulischen Energiespeicher nach dem Buoyant Energy Prinzip.

Konzeptbedingte Vorteile Hoher Wirkungsgrad geringe hydraulische Verluste; konstante Druckhöhe möglich Unbegrenzte Anzahl der Lade-/Entlade-Zyklen Zugriffszeit im unteren Sekundenbereich Selbstentladerate vernachlässigbar klein Schnelle Lastwechsel sind möglich hydraulischer Kurzschluss Robuste bewährte Technologie im neuen Umfeld

Konzeptbedingte Vorteile Dezentrale Energiespeicherung direkt am Ort der Erzeugung verminderter Ausbau der Übertragungsnetze Kombinierte Nutzung Bedarf an offshore Energie-, Aquakultur- und Transport- Infrastruktur ( multi-use offshore platforms, maritime Serviceplattformen) steigt hydraulische Energiespeicher lassen sich ideal in jedes Design integrieren

Konzeptbedingte Vorteile Kombination von Nutzwert und Energiespeicher Plattformen mit Nutzbauten ( Floatels, Aquafarmen, etc.) Serviceplattformen (Wartung, Zwischenlager für Nutzlasten, etc.) Quelle: http://www.floatinghomes.de/

Konzeptbedingte Vorteile Kombination von Nutzwert und Energiespeicher Plattformen mit Nutzbauten ( Floatels, Aquafarmen, etc.) Serviceplattformen (Wartung, Zwischenlager für Nutzlasten, etc.) Quelle: AZ Island, A Floating World Concept

Konzeptbedingte Vorteile Kombination von Nutzwert und Energiespeicher Plattformen mit Nutzbauten ( Floatels, Aquafarmen, etc.) Serviceplattformen (Wartung, Zwischenlager für Nutzlasten, etc.) Quelle: Megafloat

Konzeptbedingte Vorteile Kombination von Energieerzeuger und Energiespeicher Schwimmende Meereströmungskraftwerke und Solarfarmen

Konzeptbedingte Vorteile Kombination von Energieerzeuger und Energiespeicher Schwimmende Offshore-Windenergieanlagen FloatingWindTurbine Quelle: Siemens-Pressebild Quelle: Siemens-Pressebild, Hywind

Speicherkapazität ideales System 4 2 2 2 2 h g A h g A h h g m E Wasser Wasser h g E h A m Wasser 2 2 Masse: Energieinhalt:

Speicherkapazität ideales System

Energiedichte ideales System gravimetrisch: gravimetrisch E m g h 2 volumetrisch: volumetrisch E m g h A 2 A Wasser h g 4

Herausforderungen Verankerung am Meeresboden Design der Pumpen und Turbinen Design von großen schwimmenden Baukörpern Rückgriff auf bewährte Technologien! Betonschiffe

Herausforderungen Verankerung am Meeresboden Design der Pumpen und Turbinen Design von großen schwimmenden Baukörpern Rückgriff auf bewährte Technologien! Bau des Drogdentunnels, auch Öresundtunnel

Herausforderungen Verankerung am Meeresboden Design der Pumpen und Turbinen Design von großen schwimmenden Baukörpern Rückgriff auf bewährte Technologien!

buoyant-energy.com Einsatzbereiche wirtschaftliche Anwendung der Energiespeicher nach dem Buoyant Energy Prinzip

Einsatzbereiche Verlagerung und Vergleichmäßigung fluktuierender Erzeugung bzw. Einspeisung Marktintegration erneuerbarer Energien Systemkomponente von regenerativen Kombikraftwerken FloatingWindTurbine Stromveredelung und Spitzenlastdeckung Einsatz in Inselnetzen wortwörtlich

buoyant-energy.com Ausblick zukünftige wissenschaftliche Arbeit

Ausblick Wirtschaftlichkeitsuntersuchung stark von zukünftiger politischer Entwicklung abhängig ( Stetigkeitsanreiz zur Marktintegration von Speichertechnologien) Gegenüberstellung: Netzausbau Speicherkosten Wirtschaftlichkeit durch kombinierte Nutzung Design-Studie Ausgestaltungsformen Baumethoden Materialen Anlagenteile

FloatingWindTurbine Kombination einer Windturbine mit einem schwimmenden Energiespeicher als regeneratives Kombikraftwerk Quelle: http://www.tomorrowisgreener.com

FloatingWindTurbine Design-Annahmen: offshore Windturbine: Leistung P = 2 MW idealer hydraulischer Speicher (Zylinderform) Energiespeicher: Speicherkapazität E = 1 MWh h A Radius R Gewicht G [m] [m²] [m] [to] 20 3669.7 19.3 36 697 30 1631.0 12.9 24 465 40 917.4 9.6 18 349 50 587.2 7.7 14 679 60 407.7 6.4 12 232 70 299.6 5.5 10 485 80 229.4 4.8 9 174 90 181.2 4.3 8 155 100 146.8 3.9 7 339

FloatingWindTurbine Eiintauchtiefe h = 20 m Nabenhöhe = 100 m Nabenhöhe = 110 m Ausgestaltungsform R = 20 m

FloatingWindTurbine Schwimmstabilität Windkraft Gewichtskraft Windturbine/Gondel Kippmoment aufrichtendes Moment Auftriebsschwerpunkt: Volumenmittelpunkt des eintauchenden Teils Gewichtsschwerpunkt Gewichtskraft aus Stabilisierungslast + Auftriebskraft aus Verankerung

FloatingWindTurbine Vorteile standardisierte Herstellung keine aufwendige Spezial-Gründungen einfache Wartung, Service im Cluster signifikante Speicherkapazität standortunabhängig (keine Beschränkung bezüglich Wassertiefen)

Hywind slender cylinder concept als Beispiel eines visionären FloatingWindTurbine-Konzeptes. allerdings: ohne integrierten Speicher! Hywind main facts Siemens SWT 2.3 MW Turbine weight: 138 tons Draft: 100 m Displacement: 5300 m3 Diameter at water line: 6 m Water depths: 120-700 meters one prototype is currently operating near Karmøy, Norway

Åmøyfjorden, 22 April 2009 Quelle: Statoil, Hywind The world s first floating wind turbine, Congress proceedings, Lisboa 5 November 2009.

Upending of substructure on 26 April 2009 Quelle: Statoil, Hywind The world s first floating wind turbine, Congress proceedings, Lisboa 5 November 2009.

Official opening 8 September 2009 Quelle: Statoil, Hywind The world s first floating wind turbine, Congress proceedings, Lisboa 5 November 2009.

buoyant-energy.com BUOYANT ENERGY smart concepts for energy storage Kontakt Robert Klar robert.klar@uibk.ac.at office@buoyant-energy.com Markus Aufleger markus.aufleger@uibk.ac.at Valerie Neisch valerie.neisch@uibk.ac.at Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!